Один фотон удалось «разделить» натрое

Группа физиков из Канады, Австрии и Австралии научилась преобразовывать один фотон в три частицы с меньшей энергией.

В основе проведённого эксперимента лежит известное явление спонтанного параметрического рассеяния, которое довольно часто используется при получении квантово связанных фотонов: на кристалл с нелинейными оптическими свойствами направляется лазерное излучение, и падающие частицы с некоторой вероятностью «расщепляются» на пары. Для создания тройки фотонов необходимо, очевидно, посылать один из образовавшихся квантов света на второй кристалл. Реализовать эту простую схему на практике никому не удавалось, поскольку вероятность преобразования одного фотона примерно равна 10^-9, а вероятность успешного завершения двухстадийного процесса составляет, таким образом, 10^-18.

Авторы рассматриваемой работы постарались повысить шансы, используя высококачественные кристаллы титанил-фосфата калия KTiOPO₄ и ниобата лития LiNbO₃, в одном из которых находился специальный волновод. В результате вероятность образования тройки фотонов удалось увеличить на три порядка.

Схема эксперимента. D1 — кремниевый лавинный фотодиод, D2 и D3 — лавинные фотодиоды на основе арсенида индия-галлия InGaAs, BS — светоделитель, F0, F1 и FP — фильтры, КТР — титанил-фосфат калия, LN — ниобат лития. (Иллюстрация из журнала Nature.)

На кристалл KTiOPO₄ исследователи подавали излучение на длине волны 405 нм, что приводило к появлению пар фотонов с длинами волн 848 и 775 нм. Первая частица регистрировалась, а 775-нанометровый фотон отправлялся к кристаллу LiNbO₃, где он мог преобразоваться в пару с длинами волн 1 510 и 1 590 нм. Для обнаружения частиц применялись лавинные фотодиоды; за один час схема регистрировала чуть менее пяти «трёхфотонных» событий.

В будущем учёные планируют доказать, что тройки фотонов находятся в «запутанном» состоянии.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Nature News.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!